Slnečná sústava už dávno prestala reprezentovať osobitný záujem pre autorov sci-fi. Prekvapivo však pre niektorých vedcov naše „domáce“ planéty nevyvolávajú veľa inšpirácie, aj keď ešte neboli prakticky preskúmané.

Tým, že ľudstvo sotva vyrezalo okno do vesmíru, je roztrhané na nepoznané vzdialenosti, a to nielen v snoch, ako predtým.
Sergej Korolyov tiež sľúbil, že čoskoro odletí do vesmíru „na lístku odborového zväzu“, ale táto fráza je už pol storočia stará a vesmírna odysea je stále súčasťou elity - príliš drahé potešenie. Pred dvoma rokmi však HACA spustila ambiciózny projekt 100 ročná hviezdna loď,čo predpokladá postupné a dlhodobé vytváranie vedecko-technického základu pre lety do vesmíru.


Tento bezkonkurenčný program by mal prilákať vedcov, inžinierov a nadšencov z celého sveta. Ak bude všetko korunované úspechom, ľudstvo bude schopné budovať medzi hviezdna loď, a budeme sa pohybovať po slnečnej sústave ako v električkách.

Aké problémy je teda potrebné vyriešiť, aby sa hviezdne lety stali realitou?

ČAS A RÝCHLOSŤ SÚ RELATÍVNE

Astronautika automatických kozmických lodí sa niektorým vedcom javí ako čudne dosť skoro vyriešený problém. A to aj napriek tomu, že pri súčasných slimačích rýchlostiach (okolo 17 km / s) a iných primitívnych (na také neznáme cesty) výbavách nemá zmysel vynášať hviezdy na hviezdy.

Teraz americká kozmická loď Pioneer-10 a Voyager-1 opustila slnečnú sústavu a už s nimi nie je nijaké spojenie. Pioneer 10 smeruje k hviezdnemu Aldebaran. Ak sa mu nič nestane, dostane sa do blízkosti tejto hviezdy ... za 2 milióny rokov. Rovnakým spôsobom sa ostatné zariadenia plazia po rozľahlých vesmíroch.

Takže bez ohľadu na to, či je loď obývaná alebo nie, na letenie ku hviezdam potrebuje vysokú rýchlosť, blízku rýchlosti svetla. To však pomôže vyriešiť problém lietania iba k najbližším hviezdam.

„Aj keby sa nám podarilo postaviť hviezdnu loď, ktorá by dokázala letieť rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla,“ napísal K. Feoktistov, „doba cestovania v našej samotnej Galaxii sa bude počítať v tisícročiach a desiatkach tisícročí, pretože jej priemer je asi 100 000 svetelných rokov. Ale na Zemi kvôli tomu čas prejde oveľa viac".

Podľa teórie relativity je priebeh času v dvoch systémoch pohybujúcich sa jeden voči druhému odlišný. Pretože na veľké vzdialenosti bude mať loď čas vyvinúť rýchlosť veľmi blízku rýchlosti svetla, bude rozdiel v čase na Zemi a na lodi obzvlášť veľký.

Predpokladá sa, že prvým cieľom medzihviezdnych letov bude Alpha Centauri (sústava troch hviezd) - najbližšia k nám. Môžete tam letieť rýchlosťou svetla za 4,5 roka, na Zemi počas tejto doby roky prejdú desať. Ale čím väčšia je vzdialenosť, tým väčší je časový rozdiel.

Pamätáte si slávnu hmlovinu „Andromeda“ od Ivana Efremova? Tam sa let meria v rokoch a pozemský. Krásna rozprávka, nič nepovieš. Táto vyhľadávaná hmlovina (presnejšie galaxia Andromeda) sa však nachádza vo vzdialenosti 2,5 milióna svetelných rokov od nás.



Podľa niektorých výpočtov bude astronautom trvať cesta viac ako 60 rokov (podľa hodín vesmírnej lode), na Zemi však uplynie celá éra. Ako sa ich vzdialení potomkovia stretnú s priestorom „Neaderthals“? A bude vôbec Zem nažive? To znamená, že návrat je v zásade nezmyselný. Avšak ako samotný let: musíme si uvedomiť, že galaxiu v hmlovine Andromeda vidíme takú, aká bola pred 2,5 miliónmi rokov - pokiaľ jej svetlo putuje k nám. Aký má zmysel letieť k neznámemu cieľu, ktorý snáď už dávno neexistoval, aspoň v bývalej podobe a na starom mieste?

To znamená, že aj lety s rýchlosťou svetla sú oprávnené iba pre relatívne blízke hviezdy. Vozidlá letiace rýchlosťou svetla však stále žijú iba teoreticky, čo však pripomína sci-fi, ale vedecké.

DOPRAVA VEĽKOSTI PLANETY

Prirodzene, najskôr vedci prišli s nápadom použiť najefektívnejšiu termonukleárnu reakciu v lodnom motore - ako už čiastočne zvládli (na vojenské účely). Avšak pri cestovaní v oboch smeroch rýchlosťou blízkou svetlu je aj pri ideálnom návrhu systému potrebný počiatočný a konečný hmotnostný pomer najmenej 10 k tridsiatemu výkonu. To znamená, že vesmírna loď bude ako obrovské zloženie s palivom o veľkosti malej planéty. Vypustiť taký kolos do vesmíru je nemožné zo Zeme. A zhromažďovať sa na obežnej dráhe - tiež nie bez dôvodu vedci o tejto možnosti nediskutujú.

Myšlienka fotónového motora využívajúceho princíp ničenia hmoty je veľmi populárna.

Anihilácia je transformácia častice a antičastice, keď sa zrazia, na akékoľvek iné častice ako pôvodné. Najlepšie študovanou je anihilácia elektrónu a pozitrónu, ktorý generuje fotóny, ktorých energia bude pohybovať vesmírnou loďou. Výpočty amerických fyzikov Ronana Keana a Wei-minga Zhanga ukazujú, že pomocou moderných technológií sa dá vytvoriť anihilačný motor schopný akcelerovať kozmickú loď na 70% rýchlosti svetla.

Začínajú sa však ďalšie problémy. Bohužiaľ použite antihmotu ako raketové palivo veľmi ťažké. Počas zničenia dochádza k výbuchom silného gama žiarenia, ktoré sú pre astronautov smrteľné. Kontakt pozitrónového paliva s loďou je navyše plný smrteľnej explózie. Napokon stále neexistujú technológie na získanie dostatočného množstva antihmoty a jej dlhodobé skladovanie: napríklad atóm antihydrogénu „žije“ teraz menej ako 20 minút a výroba miligramu pozitrónov stojí 25 miliónov dolárov.

Predpokladajme však, že časom sa tieto problémy dajú vyriešiť. Stále však bude potrebných veľa paliva a počiatočná hmotnosť fotónovej hviezdnej lode bude porovnateľná s hmotnosťou Mesiaca (podľa Konstantina Feoktistova).

Zlomte plachtu!

Najobľúbenejšia a najrealistickejšia hviezdna loď súčasnosti sa považuje za solárnu plachetnicu, ktorej myšlienka patrí sovietskymu vedcovi Friedrichovi Zanderovi.

Solárna (svetelná, fotonická) plachta je zariadenie, ktoré využíva tlak slnečného žiarenia alebo lasera na zrkadlovom povrchu na pohon kozmická loď.
V roku 1985 americký fyzik Robert Forward navrhol návrh medzihviezdnej sondy urýchlenej energiou mikrovlnného žiarenia. Projekt predpokladal, že sonda dosiahne najbližšie hviezdy za 21 rokov.

Na Medzinárodnom astronomickom kongrese XXXVI bol navrhnutý projekt laserovej hviezdnej lode, ktorej pohyb zabezpečuje energia laserov v optickom rozsahu, ktoré sa nachádzajú na obežnej dráhe okolo Merkúra. Podľa výpočtov by cesta hviezdnej lode tohto dizajnu k hviezdnemu epsilonu Eridani (10,8 svetelných rokov) a späť trvala 51 rokov.

"Je nepravdepodobné, že údaje získané z ciest v našej slnečnej sústave dokážeme dosiahnuť výrazný pokrok v porozumení sveta, v ktorom žijeme." Prirodzene, myšlienka sa mení na hviezdy. Koniec koncov, skôr sa chápalo, že lety v blízkosti Zeme, lety na iné planéty našej slnečnej sústavy nie sú konečným cieľom. Vydláždiť si cestu k hviezdam sa javilo ako hlavná úloha. ““

Tieto slová nepatria spisovateľovi sci-fi, ale návrhárovi kozmických lodí a kozmonautovi Konstantinovi Feoktistovovi. Podľa vedca sa v slnečnej sústave nenájde nič zvlášť nové. A to aj napriek tomu, že človek doteraz dosiahol iba mesiac ...


Mimo slnečnej sústavy sa však tlak slnečného žiarenia priblíži k nule. Preto existuje projekt na rozptýlenie solárnej plachetnice laserovými inštaláciami z nejakého asteroidu.

Toto všetko je stále teória, ale už sa prijímajú prvé kroky.

V roku 1993 ďalej Ruská loď„Progress M-15“ v rámci projektu „Znamya-2“ ako prvý nasadil 20 metrov širokú solárnu plachtu. Keď Progress zakotvil v stanici Mir, jeho posádka nainštalovala na palubu Progress jednotku na nasadenie reflektorov. Vďaka tomu vytvoril reflektor svetlý bod široký 5 km, ktorý prechádzal cez Európu do Ruska rýchlosťou 8 km / s. Svetelná škvrna mala svietivosť zhruba ekvivalentnú úplňku.



Výhodou solárnej plachetnice je teda nedostatok paliva na palube, nevýhodou je zraniteľnosť konštrukcie plachty: v skutočnosti ide o tenkú fóliu natiahnutú cez rám. Kde je záruka, že na ceste plachta nebude prijímať otvory od kozmických častíc?

Možnosť plavby môže byť vhodná na odpálenie robotických sond, staníc a nákladných lodí, ale nie je vhodná pre spiatočné lety s posádkou. Existujú aj iné projekty hviezdnych lodí, ktoré sa však tak či onak podobajú tým, ktoré sú uvedené vyššie (s rovnakými problémami veľkého rozsahu).

PREKVAPENIA V medzihviezdnom priestore

Zdá sa, že cestujúcich vo vesmíre čaká veľa prekvapení. Napríklad americká vesmírna loď „Pioneer-10“, ktorá sa ledva vykláňala zo slnečnej sústavy, začala pociťovať silu neznámeho pôvodu, ktorá spôsobovala slabé spomalenie. Bolo urobených veľa predpokladov, až do zatiaľ neznámych účinkov zotrvačnosti alebo dokonca času. Stále neexistuje jednoznačné vysvetlenie tohto javu; uvažuje sa s rôznymi hypotézami: od jednoduchých technických (napríklad reaktívna sila z úniku plynu v prístroji) až po zavedenie nových fyzikálnych zákonov.

Ďalší prístroj, Voyadger-1, zaznamenal silnú oblasť magnetické pole... V ňom tlak nabitých častíc z medzihviezdneho priestoru núti, aby sa pole vytvorené Slnkom stalo hustejšie. Zariadenie tiež zaregistrovalo:

  • zvýšenie počtu vysokoenergetických elektrónov (asi 100-krát), ktoré prenikajú do slnečnej sústavy z medzihviezdneho priestoru;
  • prudký nárast hladiny galaktických kozmických lúčov - vysokoenergetických nabitých častíc medzihviezdneho pôvodu.
A toto je len kvapka v oceáne! To, čo je dnes známe o medzihviezdnom oceáne, však stačí na spochybnenie samotnej možnosti surfovania po rozľahlosti vesmíru.

Priestor medzi hviezdami nie je prázdny. Všade sú zvyšky plynu, prachu, častíc. Pri pokuse pohybovať sa rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla bude každý atóm zrazený s loďou ako častica vysokoenergetického kozmického žiarenia. Úroveň tvrdého žiarenia počas takého bombardovania sa neprijateľne zvýši aj pri lete k najbližším hviezdam.

A mechanický účinok častíc pri takých rýchlostiach je ako výbušné guľky. Podľa niektorých výpočtov bude každý centimeter ochranného štítu hviezdnej lode nepretržite strieľaný rýchlosťou 12 rán za minútu. Je zrejmé, že žiadna obrazovka nevydrží taký náraz v priebehu niekoľkých rokov letu. Alebo bude musieť mať neprijateľnú hrúbku (desiatky a stovky metrov) a hmotnosť (státisíce ton).



V skutočnosti potom bude hviezdna loď pozostávať hlavne z tejto obrazovky a paliva, ktoré bude vyžadovať niekoľko miliónov ton. Kvôli týmto okolnostiam sú lety pri takýchto rýchlostiach nemožné, najmä preto, že na ceste môžete naraziť nielen na prach, ale aj na niečo väčšie, alebo spadnúť do pasce neznámeho gravitačného poľa. A potom je smrť opäť nevyhnutná. Pokiaľ je teda možné vesmírnu loď zrýchliť na subluminálnu rýchlosť, potom nedosiahne konečný cieľ - na svojej ceste narazí na príliš veľa prekážok. Preto je možné medzihviezdne lety vykonávať iba pri výrazne nižších rýchlostiach. Ale potom faktor času robí tieto lety nezmyselnými.

Ukazuje sa, že je nemožné vyriešiť problém transportu hmotných telies na galaktické vzdialenosti rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla. Nemá zmysel preraziť priestor a čas s mechanickou konštrukciou.

MOLE OTVOR

Vedci, ktorí sa snažia prekonať neúprosný čas, prišli na to, ako „ohlodať diery“ v priestore (a čase) a „zložiť“ ho. Vynašli rôzne hyperpriestorové skoky z jedného bodu vo vesmíre do druhého, ktoré obchádzali medziľahlé oblasti. Teraz sa vedci pridali k autorom sci-fi.

Fyzici začali hľadať extrémne stavy hmoty a exotické medzery vo vesmíre, kde sa človek môže pohybovať superluminálnou rýchlosťou, na rozdiel od Einsteinovej teórie relativity.



Takto vznikla myšlienka červej diery. Táto diera spája dve časti vesmíru ako vyrezávaný tunel spájajúci dve mestá od seba oddelené vysoká hora... Bohužiaľ, červie diery sú možné iba v absolútnom vákuu. V našom vesmíre sú tieto nory mimoriadne nestabilné: môžu sa jednoducho zrútiť skôr, ako sa tam kozmická loď dostane.

Efekt, ktorý objavil Holanďan Hendrik Casimir, sa však dá využiť na vytvorenie stabilných červích dier. Pozostáva z Vzájomná príťažlivosť vedenie nenabitých telies pod vplyvom kvantových kmitov vo vákuu. Ukazuje sa, že vákuum nie je úplne prázdne, podlieha výkyvom v gravitačnom poli, v ktorom sa spontánne objavujú a miznú častice a mikroskopické červie diery.

Zostáva len nájsť jednu z dier a roztiahnuť ju a umiestniť ju medzi dve supravodivé gule. Jedno ústie červej diery zostane na Zemi, zatiaľ čo druhá kozmická loď sa presunie rýchlosťou blízkou svetlu k hviezde - konečnému objektu. To znamená, že vesmírna loď akoby prerazila tunel. Len čo vesmírna loď dorazí do cieľa, červia diera sa otvorí pre skutočné bleskové medzihviezdne cestovanie, ktorého trvanie sa počíta v minútach.

BUBLINA KÚBY

Teórii červích dier je podobné zakrivenie bubliny. V roku 1994 mexický fyzik Miguel Alcubierre vykonal výpočty podľa Einsteinových rovníc a zistil teoretickú možnosť vlnovej deformácie priestorového kontinua. V takom prípade sa priestor pred vesmírnou loďou zmenší a súčasne sa rozšíri za ňou. Kozmická loď je akoby umiestnená v zakrivenej bubline, ktorá sa dokáže pohybovať neobmedzenou rýchlosťou. Geniálna myšlienka je, že vesmírna loď spočíva v bubline zakrivenia a nie sú porušené zákony teórie relativity. Zároveň sa pohybuje samotná bublina zakrivenia, ktorá lokálne deformuje časopriestor.

Napriek nemožnosti pohybu rýchlejšie ako svetlo, nič nebráni pohybu vesmíru alebo šíreniu deformácie časopriestoru rýchlejšie ako svetlo, o ktorom sa predpokladá, že k nemu došlo bezprostredne po Veľkom tresku počas formovania vesmíru.

Všetky tieto nápady zatiaľ do rámca nezapadajú. moderná veda V roku 2012 však predstavitelia NASA ohlásili prípravy na experimentálny test teórie doktora Alcubierra. Ktovie, možno sa Einsteinova teória relativity jedného dňa stane súčasťou novej globálnej teórie. Proces poznávania je koniec koncov nekonečný. To znamená, že jedného dňa sa nám podarí preraziť cez tŕne k hviezdam.

Irina GROMOVÁ

Vesmírne cestovanie dnes nie je fantasy príbehom, ale, bohužiaľ, moderná kozmická loď sa stále veľmi líši od tých, ktoré ukazujú filmy.

Tento článok je určený pre osoby staršie ako 18 rokov.

Už ste dovŕšili 18 rokov?

Kozmické lode Ruska a Ruska

Kozmické lode budúcnosti

Kozmická loď: čo to je

Na

Kozmická loď, ako to funguje?

Hmotnosť moderných kozmických lodí priamo súvisí s tým, ako vysoko letia. Hlavnou úlohou kozmických lodí s posádkou je bezpečnosť.

Lander SOYUZ sa stal prvou vesmírnou sériou Sovietskeho zväzu. V tomto období prebiehali medzi ZSSR a USA preteky v zbrojení. Ak porovnáme veľkosť a prístup k otázke výstavby, potom vedenie ZSSR urobilo všetko pre to, aby čo najskôr dobylo vesmír. Je jasné, prečo sa podobné zariadenia dnes nevyrábajú. Je nepravdepodobné, že sa niekto zaviaže stavať podľa schémy, v ktorej neexistuje žiadny osobný priestor pre astronautov. Moderné kozmické lode sú vybavené odpočívadlami pre posádku a kapsulou na zostup, ktorej hlavnou úlohou je dosiahnuť, aby bola v čase pristátia čo najjemnejšia.

Prvá vesmírna loď: história stvorenia

Ciolkovskij je právom považovaný za otca kozmonautiky. Na základe svojich učení Goddrad zostrojil raketový motor.

Vedci, ktorí pracovali v Sovietskom zväze, boli prví, ktorí navrhli a vypustili umelý satelit. Stali sa tiež prvými, ktorí vymysleli možnosť vypustenia živého tvora do vesmíru. USA si uvedomujú, že Únia bola prvou, ktorá vytvorila lietadlo schopné ísť s človekom do vesmíru. Kráľovná sa právom nazýva otcom raketovej vedy, ktorý sa do dejín zapísal ako ten, ktorý prišiel na to, ako prekonať gravitáciu a dokázal vytvoriť prvú kozmickú loď s posádkou. Dnes dokonca aj deti vedia, v ktorom roku bola zahájená prvá loď s osobou na palube, ale málokto si pamätá príspevok Korolyova k tomuto procesu.

Posádka a jej bezpečnosť počas letu

Hlavnou úlohou dneška je bezpečnosť posádky, pretože trávia veľa času vo výške letu. Pri konštrukcii lietadla je dôležité, z akého kovu je vyrobený. Používa sa v raketovej technike nasledujúce typy kovy:

  1. Hliník - umožňuje vám výrazne zväčšiť veľkosť kozmickej lode, pretože je ľahká.
  2. Železo - dokonale sa vyrovná so všetkým nákladom na trupe lode.
  3. Meď - má vysokú tepelnú vodivosť.
  4. Striebro - Spoľahlivo spája meď a oceľ.
  5. Nádrže na kvapalný kyslík a vodík sú vyrobené zo zliatin titánu.

Moderný systém podpory života vám umožňuje vytvoriť pre človeka dôvernú atmosféru. Mnoho chlapcov ich vidí lietať vo vesmíre a na začiatku zabúdajú na veľmi veľké preťaženie astronauta.

Najväčšia vesmírna loď na svete

Medzi bojovými loďami sú veľmi populárne stíhačky a stíhače. Moderná nákladná loď má nasledujúcu klasifikáciu:

  1. Sonda je výskumná loď.
  2. Kapsula je nákladný priestor na dodávku alebo na záchranné operácie posádky.
  3. Modul - vynesený na obežnú dráhu bezpilotným vozidlom. Moderné moduly sú rozdelené do 3 kategórií.
  4. Raketa. Prototypom vytvorenia bol vojenský vývoj.
  5. Raketoplán je opakovane použiteľná konštrukcia na doručenie požadovaného nákladu.
  6. Stanice sú najväčšími vesmírnymi loďami. Dnes vo vesmíre nie sú len Rusi, ale aj Francúzi, Číňania a ďalší.

Buran - vesmírna loď, ktorá sa zapísala do histórie

Prvou kozmickou loďou, ktorá vyšla do vesmíru, bol Vostok. Po Federácii raketového inžinierstva ZSSR začala výroba lodí Sojuz. Oveľa neskôr sa začala vyrábať spoločnosť Clippers a Rusko. Federácia vkladá do všetkých týchto projektov s ľudskou posádkou veľké nádeje.

V roku 1960 kozmická loď Vostok svojím letom dokázala možnosť vesmírneho výstupu s posádkou. 12. apríla 1961 urobil Vostok 1 revolúciu okolo Zeme. Ale otázka, kto z nejakého dôvodu letel na lodi Vostok 1, spôsobuje ťažkosti. Možno je skutočnosť taká, že jednoducho nevieme, že Gagarin uskutočnil svoj prvý let na tejto lodi? V tom istom roku sa na obežnú dráhu po prvý raz dostala kozmická loď Vostok 2, v ktorej boli naraz dvaja kozmonauti, z ktorých jeden išiel za kozmickú loď. Bol to pokrok. A už v roku 1965 bol Voskhod 2 schopný vstúpiť otvorený priestor... Príbeh lode Sunrise 2 bol sfilmovaný.

Vostok 3 vytvoril nový svetový rekord v čase, ktorý kozmická loď strávi vo vesmíre. Poslednou loďou v sérii bol Vostok 6.

Americký raketoplán série Apollo otvoril nové obzory. V roku 1968 skutočne Apollo 11 pristálo ako prvé na Mesiaci. Dnes existuje niekoľko projektov na vývoj kozmických lietadiel budúcnosti, napríklad Hermes a Columbus.

Salute je séria interorbitálnych vesmírnych staníc Sovietskeho zväzu. Pozdrav 7 je známy tým, že stroskotal.

Ďalšou kozmickou loďou, ktorej história je zaujímavá, bol mimochodom Buran, som zvedavý, kde je teraz. V roku 1988 uskutočnil prvý a posledný let. Po opakovanej demontáži a preprave sa Buranova dráha pohybu stratila. Známe posledné umiestnenie kozmickej lode Buranv Soči, práce na nej boli zastavené. Búrka okolo tohto projektu však zatiaľ neutícha a ďalší osud opusteného projektu Buran zaujíma mnohých. A v Moskve bol vo vnútri modelu kozmickej lode Buran vo VDNKh vytvorený interaktívny múzejný komplex.

Gemini je séria lodí amerických dizajnérov. Nahradili projekt Merkúr a dokázali vyrobiť špirálu na obežnej dráhe.

Americké lode zvané Space Shuttle sa stali akýmsi raketoplánom, ktorý medzi objektmi uskutočnil viac ako 100 letov. Druhým raketoplánom bol Challenger.

Jeden sa nemôže zaujímať o históriu planéty Nibiru, ktorá je uznávaná ako dozorná loď. Nibiru sa už dvakrát priblížil k nebezpečnej vzdialenosti od Zeme, zrážkam sa však obekrát podarilo vyhnúť.

Dragon je kozmická loď, ktorá mala v roku 2018 odletieť na planétu Mars. V roku 2014 federácia citovala technické údaje a stav dračej lode, oneskorený štart. Nie je to tak dávno, čo sa stala ďalšia udalosť: spoločnosť Boeing urobila vyhlásenie, že začala tiež vývoj v oblasti vytvorenia roveru Mars.

Prvým opakovane použiteľným kombi v histórii mal byť prístroj s názvom Zarya. Zarya je prvý vývoj dopravnej lode opakovane použiteľné, do ktorého federácia vkladala veľké nádeje.

Možnosť využitia jadrových zariadení vo vesmíre sa považuje za prielom. Na tieto účely sa začali práce na dopravnom a energetickom module. Paralelne s tým prebieha vývoj na projekte Prometheus - kompaktnom jadrovom reaktore pre rakety a kozmické lode.

Čínska kozmická loď Šen-čou 11 odštartovala v roku 2016 s dvoma astronautmi, ktorí mali vo vesmíre stráviť 33 dní.

Rýchlosť kozmickej lode (km / h)

Za minimálnu rýchlosť, ktorou je možné vstúpiť na obežnú dráhu okolo Zeme, sa považuje 8 km / s. Dnes nie je potrebné vyvíjať najrýchlejšiu loď na svete, pretože sme na úplnom začiatku vesmíru. Nakoniec, maximálna nadmorská výška, ktorú sme mohli vo vesmíre dosiahnuť, je iba 500 km. Rekord najrýchlejšieho pohybu vo vesmíre padol v roku 1969 a doteraz sa ho nepodarilo prekonať. Na kozmickej lodi Apollo 10 sa traja astronauti, ktorí sa nachádzali na obežnej dráhe Mesiaca, vrátili domov. Kapsula, ktorá ich mala vyniesť z letu, dokázala dosiahnuť rýchlosť 39 897 km / h. Pre porovnanie sa pozrime, ako rýchlo to letí vesmírna stanica... Maximálne sa môže vyvinúť až 27 600 km / h.

Opustené vesmírne lode

Dnes pre vesmírne lode, ktoré chátrali, bol v tichom oceáne vytvorený cintorín, kde môžu nájsť posledné útočisko desiatky opustených vesmírnych lodí. Katastrofy vesmírnych lodí

Vo vesmíre dochádza ku katastrofám, ktoré často pripravia o život. Najbežnejšie, najpodivnejšie, sú nehody, ku ktorým dôjde v dôsledku kolízie s vesmírnym odpadom. Pri zrážke sa obežná dráha objektu premiestni a spôsobí haváriu a poškodenie, ktoré často spôsobí výbuch. Najznámejšou katastrofou je smrť človeka s posádkou Americká loď Vyzývateľ.

Jadrový motor pre kozmické lode 2017

Vedci dnes pracujú na projektoch na vytvorenie atómového elektrického motora. Tento vývoj zahrnuje dobytie vesmíru pomocou fotónových motorov. Ruskí vedci plánujú v blízkej budúcnosti začať testovať termonukleárny motor.

Kozmické lode Ruska a USA

V rokoch vzrástol rýchly záujem o vesmír Studená vojna medzi ZSSR a USA. Americkí vedci uznali svojich ruských kolegov za dôstojných súperov. Sovietska raketová technika sa naďalej rozvíjala a po rozpade štátu sa jej nástupcom stalo Rusko. Samozrejme vesmírne lode, ktoré lietajú Ruskí kozmonauti sa výrazne líšia od prvých lodí. Navyše sa dnes vďaka úspešnému vývoju amerických vedcov stali kozmické lode opakovane použiteľné.

Kozmické lode budúcnosti

V súčasnosti vzbudzujú čoraz väčší záujem projekty, v dôsledku ktorých bude ľudstvo schopné podniknúť dlhšie cesty. Moderný vývoj už pripravuje lode na medzihviezdne expedície.

Miesto, kde sú vypúšťané vesmírne lode

Vidieť na vlastné oči štart kozmickej lode na začiatku je snom mnohých. Možno je to spôsobené tým, že prvé uvedenie nie vždy vedie k požadovanému výsledku. Ale vďaka internetu môžeme vidieť, ako loď vzlietla. Vzhľadom na skutočnosť, že pozorovatelia vypúšťania kozmickej lode s posádkou musia byť dostatočne ďaleko, môžeme si predstaviť, že sa nachádzame na mieste vzletu.

Kozmická loď: aké je to vo vnútri?

Dnes vďaka múzejným exponátom môžeme osobne vidieť štruktúru takých lodí, ako je Sojuz. Samozrejme zvnútra boli prvé lode veľmi jednoduché. Interiér modernejších možností je navrhnutý v upokojujúcich farbách. Zariadenie akejkoľvek kozmickej lode nás nevyhnutne desí množstvom pák a tlačidiel. A to dodáva hrdosť tým, ktorí si mohli pamätať, ako je loď usporiadaná, a navyše sa naučili, ako ju ovládať.

S akými vesmírnymi loďami teraz lietajú?

Nové vlastné kozmické lode vzhľad potvrdzujú, že fikcia sa stala skutočnosťou. Dnes vás už nebude prekvapovať skutočnosť, že dokovanie vesmírnych lodí je realitou. A málokto si pamätá, že prvé takéto dokovanie na svete sa uskutočnilo už v roku 1967 ...

Moderné technológie a objavy posúvajú prieskum vesmíru na úplne inú úroveň, ale medzihviezdne cestovanie je stále snom. Ale je to také nereálne a nedosiahnuteľné? Čo môžeme urobiť teraz a čo môžeme očakávať v blízkej budúcnosti?

Pri štúdiu údajov získaných z Keplerovho ďalekohľadu astronómovia objavili 54 potenciálne obývateľných exoplanét. Tieto vzdialené svety sa nachádzajú v obývateľnej zóne, t.j. v určitej vzdialenosti od centrálnej hviezdy, čo umožňuje udržiavať tekutú vodu na povrchu planéty.

Odpoveď na hlavnú otázku, či sme vo vesmíre sami, je však ťažké získať - kvôli obrovskej vzdialenosti, ktorá oddeľuje slnečnú sústavu od našich najbližších susedov. Napríklad „nádejná“ planéta Gliese 581g je vzdialená 20 svetelných rokov - dosť blízko na vesmírne štandardy, ale príliš ďaleko na prístroje Zeme.

Hojnosť exoplanét v okruhu 100 a menej svetelných rokov od Zeme a obrovský vedecký alebo dokonca civilizačný záujem, ktorý pre ľudstvo predstavujú, nás nútia znovu sa pozrieť na doteraz fantastickú myšlienku medzihviezdneho cestovania.

Lietanie k iným hviezdam je samozrejme technologická záležitosť. Okrem toho existuje niekoľko možností, ako dosiahnuť taký vzdialený cieľ, a výber v prospech jednej alebo druhej metódy ešte nebol urobený.

Ľudstvo už poslalo do vesmíru medzihviezdne vozidlá: sondy Pioneer a Voyager. V súčasnosti opustili hranice slnečnej sústavy, ale ich rýchlosť nám neumožňuje hovoriť o žiadnom rýchlom dosiahnutí cieľa. Takže Voyager 1, pohybujúci sa rýchlosťou asi 17 km / s, dokonca aj k najbližšej hviezde Proxima Centauri (4,2 svetelných rokov), poletí neuveriteľne dlho - 17 tisíc rokov.

Je zrejmé, že s modernými raketovými motormi sa nedostaneme nikam mimo slnečnej sústavy: na prepravu 1 kg nákladu, dokonca aj do neďalekej Proxima Centauri, sú potrebné desiatky tisíc ton paliva. Zároveň s nárastom hmotnosti lode rastie množstvo potrebného paliva a na jeho prepravu je potrebné ďalšie palivo. Začarovaný kruh, ukončenie nádrží s chemickým palivom - výroba kozmickej lode s hmotnosťou miliárd ton je absolútne neuveriteľný počin. Jednoduché výpočty pomocou Tsiolkovského vzorca demonštrujú, že na urýchlenie kozmických lodí s raketovými motormi poháňanými chemickým palivom na rýchlosť asi 10% rýchlosti svetla je potrebných viac paliva, ako je k dispozícii v známom vesmíre.

Reakcia termonukleárna fúzia produkuje energiu na jednotku hmotnosti priemerne miliónkrát viac ako procesy chemického spaľovania. Preto v 70. rokoch NASA upozornila na možnosť použitia termonukleárnych raketových motorov. Projekt bezpilotných kozmických lodí Daedalus zahŕňal vytvorenie motora, v ktorom by sa malé pelety termonukleárneho paliva dodávali do spaľovacej komory a zapaľovali by ich elektrónové lúče. Produkty termonukleárnej reakcie sú vyhodené z trysky motora a urýchľujú loď.

Kozmická loď Daedalus verzus Empire State Building

Daedalus mal vziať na palubu 50-tisíc ton palivových peliet s priemerom 4 a 2 mm. Granule pozostávajú z jadra s deutériom a tríciom a z plášťa hélia-3. Posledne menovaný predstavuje iba 10 - 15% hmotnosti palivovej pelety, ale v skutočnosti ním je palivo. Hélium-3 sa na Mesiaci vyskytuje hojne a v jadrovom priemysle sa deutérium často používa. Jadro deutéria slúži ako rozbuška na zapálenie fúznej reakcie a vyvoláva silnú reakciu uvoľnením prúdového plazmového lúča, ktorý je riadený silným magnetickým poľom. Hlavná spaľovacia komora molybdénu motora Daedalus mala vážiť viac ako 218 ton, druhá komora - 25 ton. Magnetické supravodivé cievky zodpovedajú aj obrovskému reaktoru: prvý váži 124,7 tony a druhý 43,6 tony. Pre porovnanie, suchá hmotnosť raketoplánu je menej ako 100 ton.

Let Daedalu sa plánoval v dvoch etapách: motor prvého stupňa musel pracovať viac ako 2 roky a spáliť 16 miliónov palivových peliet. Po oddelení prvého stupňa pracoval motor druhého stupňa takmer dva roky. Za 3,81 roka neustáleho zrýchľovania by teda Daedalus dosiahol maximálnu rýchlosť 12,2% rýchlosti svetla. Takáto loď prekoná vzdialenosť k Barnardovej hviezde (5,96 svetelných rokov) za 50 rokov a bude schopná preletieť cez vzdialený hviezdny systém prenášať výsledky svojich pozorovaní rádiovou komunikáciou na Zem. Celá misia teda bude trvať asi 56 rokov.

Napriek veľkým problémom so zabezpečením spoľahlivosti mnohých systémov Daedalus a jeho enormným nákladom sa tento projekt realizuje dňa moderná úroveň technológií. V roku 2009 navyše tím nadšencov oživil práce na projekte termonukleárnych lodí. V súčasnosti projekt Icarus obsahuje 20 vedeckých tém o teoretickom vývoji systémov a materiálov pre medzihviezdnu loď.

Takže dnes sú už možné bezpilotné medzihviezdne lety vzdialené až 10 svetelných rokov, čo bude trvať približne 100 rokov letu plus čas potrebný na spätný chod rádiového signálu na Zem. Tento polomer zahŕňa hviezdne systémy Alpha Centauri, Barnardova hviezda, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 a 248, CN Leo, WISE 1541-2250. Ako vidíte, v blízkosti Zeme je dosť objektov na štúdium pomocou bezpilotných misií. Čo však v prípade, že roboty nájdu niečo skutočne neobvyklé a jedinečné, napríklad zložitú biosféru? Podarí sa výprave za účasti ľudí vydať na vzdialené planéty?

Celoživotný let

Ak už dnes môžeme začať stavať bezpilotnú loď, potom je s kozmickou loďou s posádkou situácia komplikovanejšia. V prvom rade je otázka času letu akútna. Vezmite si tú istú Barnardovu hviezdu. Astronauti budú musieť byť pripravení na let s posádkou zo školy, pretože aj keby sa štart zo Zeme uskutočnil pri ich 20. výročí, kozmická loď dosiahne cieľ letu do 70. alebo dokonca 100. výročia (s prihliadnutím na potrebu brzdenia, čo nie je nevyhnutné pre bezpilotný let) ... Výber posádky v dospievaní je plný psychologickej nezlučiteľnosti a medziľudské konflikty a vek 100 rokov nedáva nádej na plodnú prácu na povrchu planéty a na návrat domov.

Má však zmysel sa vrátiť? Početné štúdie NASA vedú k sklamanému záveru: dlhodobý pobyt v nulovej gravitácii nenávratne zničí zdravie astronautov. Práca profesora biológie Roberta Fittsa s astronautmi ISS teda ukazuje, že aj napriek aktívnym fyzické cvičenia na palube kozmickej lode, po trojročnej misii na Mars, veľké svaly, ako napríklad teľa, zoslabnú o 50%. Hustota kostných minerálov klesá podobným spôsobom. Vďaka tomu sa výrazne zníži pracovná schopnosť a prežitie v extrémnych situáciách a obdobie adaptácie na normálnu gravitáciu bude minimálne rok. Let s nulovou gravitáciou po celé desaťročia spochybní samotné životy astronautov. Možno sa ľudské telo podarí zotaviť napríklad v procese spomaľovania s postupným zvyšovaním gravitácie. Riziko úmrtia je však stále príliš vysoké a vyžaduje radikálne riešenie.

Stanford Thor je kolosálna stavba, ktorej celé mestá sú obklopené rotujúcim okrajom.

Nanešťastie riešenie problému nulovej gravitácie na medzihviezdnej kozmickej lodi nie je také ľahké. Možnosť vytvorenia umelej gravitácie otáčaním obytného modulu, ktorý máme k dispozícii, má množstvo ťažkostí. Na vytvorenie gravitácie Zeme bude musieť dokonca aj koleso s priemerom 200 m rotovať rýchlosťou 3 otáčky za minútu. S takou rýchlou rotáciou vytvorí sila Karyolisu úplne neúnosné pre vestibulárny aparátľudský stres spôsobujúci nevoľnosť a akútne záchvaty pohybovej choroby. Jediným riešením tohto problému je Stanford Tor, ktorý vyvinuli vedci na Stanfordskej univerzite v roku 1975. Jedná sa o obrovský prsteň s priemerom 1,8 km, v ktorom mohlo žiť 10 tisíc astronautov. Vďaka svojej veľkosti poskytuje gravitáciu na úrovni 0,9 - 1,0 g a celkom pohodlné bývanie pre ľudí. Avšak aj pri otáčkach nižších ako jedna otáčka za minútu ľudia stále zažijú mierne, ale citeľné nepohodlie. Navyše, ak je postavený taký obrovský obytný priestor, aj malé posuny v rozložení hmotnosti torusu ovplyvnia rýchlosť otáčania a spôsobia vibrácie celej konštrukcie.

Ťažký zostáva aj problém radiácie. Ani blízko Zeme (na palube ISS) nie sú astronauti z dôvodu nebezpečenstva ožiarenia dlhšie ako šesť mesiacov. Medziplanetárna kozmická loď bude musieť byť vybavená silnou ochranou, otázka účinku žiarenia na ľudské telo však zostáva. Najmä o riziku onkologických ochorení, ktorých vývoj s nulovou gravitáciou sa prakticky neskúmal. Začiatkom tohto roka zverejnil vedec Krasimir Ivanov z nemeckého leteckého a kozmického strediska v Kolíne výsledky zaujímavej štúdie o správaní buniek melanómu (naj nebezpečná forma rakovina kože) pri nulovej gravitácii. V porovnaní s rakovinovými bunkami pestovanými za normálnej gravitácie sú bunky, ktoré strávili 6 a 24 hodín v nulovej gravitácii, menej náchylné na metastázy. Zdá sa to ako dobrá správa, ale iba na prvý pohľad. Faktom je, že takáto „vesmírna“ rakovina je schopná zostať v pokoji po celé desaťročia a pri narušení imunitného systému sa môže neočakávane rozšíriť vo veľkom meradle. Štúdia navyše objasňuje, že stále vieme len málo o reakcii ľudského tela na dlhý pobyt vo vesmíre. Astronauti sú dnes zdraví silní ľudia strávia tam príliš málo času na to, aby svoje skúsenosti preniesli na dlhý medzihviezdny let.

V každom prípade je loď pre 10-tisíc ľudí pochybný nápad. Aby sa vytvoril spoľahlivý ekosystém pre taký počet ľudí, obrovské množstvo rastlín, 60 tisíc kurčiat, 30 tisíc králikov a stádo veľkých dobytok... Toto samotné môže poskytnúť stravu 2 400 kalórií denne. Všetky experimenty na vytvorenie takýchto uzavretých ekosystémov však vždy skončia neúspechom. V rámci najväčšieho experimentu „Biosféra-2“ spoločnosti Space Biosphere Ventures bola teda postavená sieť zapečatených budov s celkovou rozlohou 1,5 hektára s 3 000 druhmi rastlín a živočíchov. Celý ekosystém sa mal stať sebestačnou malou „planétou“, na ktorej žilo 8 ľudí. Experiment trval 2 roky, ale po niekoľkých týždňoch sa začali vážne problémy: mikroorganizmy a hmyz sa začali nekontrolovateľne množiť, spotrebovali príliš veľa kyslíka a rastlín, ukázalo sa tiež, že bez vetra boli rastliny príliš krehké. V dôsledku miestnej ekologickej katastrofy začali ľudia chudnúť, množstvo kyslíka kleslo z 21% na 15% a vedci museli porušiť podmienky experimentu a dodávať ôsmim „kozmonautom“ kyslík a jedlo.

Vytváranie zložitých ekosystémov sa teda javí ako mylný a nebezpečný spôsob, ako poskytnúť posádke medzihviezdnej lode kyslík a jedlo. Na vyriešenie tohto problému budete potrebovať špeciálne navrhnuté organizmy so zmenenými génmi, ktoré sa budú živiť svetlom, odpadom a jednoduchými látkami. Napríklad veľké moderné závody na výrobu rias chlorelly môžu denne vyprodukovať až 40 ton kalu. Jeden plne autonómny bioreaktor s hmotnosťou niekoľkých ton môže vyprodukovať až 300 litrov suspenzie chlorelly denne, čo je dosť na to, aby uživilo posádku niekoľkých desiatok ľudí. Geneticky modifikovaná chlorella dokázala nielen uspokojiť potreby výživy posádky, ale aj recyklovať odpad vrátane oxidu uhličitého. V súčasnosti je proces genetického inžinierstva pre riasy bežným javom a existuje veľa návrhov vyvinutých na čistenie odpadových vôd, výrobu biopalív a ďalšie.

Zmrazený sen

Takmer všetky vyššie uvedené problémy medzihviezdneho letu s posádkou by bolo možné vyriešiť pomocou jednej veľmi sľubnej technológie - pozastavenej animácie alebo ako sa tiež hovorí kryostáza. Anabióza je spomalenie životných procesov človeka najmenej niekoľkokrát. Ak je možné ponoriť človeka do takej umelej letargie, ktorá spomaľuje metabolizmus 10-krát, potom pri 100-ročnom lete zostarne vo sne iba o 10 rokov. To uľahčuje riešenie problémov s výživou, dodávkou kyslíka, duševnými poruchami a deštrukciou tela v dôsledku beztiaže. Okrem toho je ľahšie chrániť oddelenie anabiotickými komorami pred mikrometeoritmi a žiarením ako veľkoobjemová obytná zóna.

Spomaliť procesy ľudského života je, bohužiaľ, mimoriadne náročná úloha. Ale v prírode existujú organizmy, ktoré môžu prezimovať a predĺžiť svoju životnosť stokrát. Napríklad malá jašterica zvaná sibírsky salamander je schopná prezimovať v zložitých dobách a prežiť desaťročia, dokonca môže byť zamrznutá v ľadovom bloku s teplotou mínus 35 - 40 ° C. Existujú prípady, keď salamandri strávili v hibernácii asi 100 rokov a akoby sa nič nestalo, rozmrazili sa a utiekli prekvapeným vedcom. Zvyčajná „nepretržitá“ životnosť jašterice navyše nepresahuje 13 rokov. Úžasnú schopnosť mloka vysvetľuje skutočnosť, že jeho pečeň syntetizuje veľké množstvo glycerínu, takmer 40% jeho telesnej hmotnosti, ktorý chráni bunky pred nízkymi teplotami.

Hlavnou prekážkou pre ponorenie človeka do kryostázy je voda, z ktorej pozostáva 70% nášho tela. Po zmrazení sa premení na ľadové kryštály, ktorých objem sa zväčší o 10%, čím sa rozbije bunková membrána. Počas zmrazovania navyše látky rozpustené vo vnútri bunky migrujú do zostávajúcej vody, čo narúša procesy výmeny intracelulárnych iónov, ako aj organizáciu bielkovín a ďalších medzibunkových štruktúr. Všeobecne platí, že zničenie buniek počas zmrazovania znemožňuje človeku návrat do života.

Existuje však sľubný spôsob riešenia tohto problému - klatrát hydratuje. Boli objavené už v roku 1810, keď britský vedec Sir Humphrey Davy pod vysokým tlakom injektoval chlór do vody a bol svedkom vytvárania pevných štruktúr. Boli to hydráty klatrátov - jedna z foriem vodného ľadu, v ktorých je zahrnutý cudzí plyn. Na rozdiel od ľadových kryštálov sú klatrátové mriežky menej tvrdé, nemajú ostré hrany, ale majú dutiny, v ktorých sa môžu „skrývať“ intracelulárne látky. Technológia klatrátovej suspendovanej animácie by bola jednoduchá: inertný plyn, napríklad xenón alebo argón, teplota je mierne pod nulou a bunkový metabolizmus sa začína pomaly spomaľovať, až kým človek nevstúpi do kryostázy. Bohužiaľ, tvorba klatrátových hydrátov si vyžaduje vysoký tlak(asi 8 atmosfér) a veľmi vysokou koncentráciou plynu rozpusteného vo vode. Ako vytvoriť také podmienky v živom organizme, stále nie je známe, aj keď v tejto oblasti existujú určité úspechy. Klatráty sú teda schopné chrániť tkanivá srdcového svalu pred zničením mitochondrií aj pri kryogénnych teplotách (pod 100 stupňov Celzia) a tiež zabraňujú poškodeniu bunkových membrán. O experimentoch s klatrátovou anábiózou u ľudí sa zatiaľ nehovorí, pretože komerčný dopyt po technológiách kryostázy je malý a výskum na túto tému sa vykonáva hlavne malé spoločnosti ponúkanie služieb na zmrazenie tiel zosnulých.

Lietanie na vodík

V roku 1960 navrhol fyzik Robert Bussard originálny koncept fúzneho ramjetového motora, ktorý rieši mnohé problémy medzihviezdneho cestovania. Záverom je použitie vodíka a medzihviezdneho prachu prítomného v vonkajší priestor... Kozmická loď s takýmto motorom najskôr akceleruje na svoje vlastné palivo a potom rozvinie obrovský lievik s priemerom tisíce kilometrov v priemere magnetického poľa, ktorý zachytáva vodík z vesmíru. Tento vodík sa používa ako nevyčerpateľný zdroj paliva pre termonukleárny raketový motor.

Bassardov motor ponúka obrovské výhody. Najskôr je možné vďaka „voľnému“ palivu pohybovať s konštantným zrýchlením 1 g, čo znamená, že všetky problémy spojené s beztiažovým stavom zmiznú. Motor navyše umožňuje akcelerovať na ohromnú rýchlosť - 50% rýchlosti svetla a ešte viac. Teoreticky môže loď s motorom Bassard pohybujúca sa so zrýchlením 1 g prekonať vzdialenosť 10 svetelných rokov za asi 12 pozemských rokov a posádke by kvôli relativistickým účinkom trvalo iba 5 rokov času lode.

Na ceste k vytvoreniu lode s motorom Bassard, bohužiaľ, existuje množstvo vážnych problémov, ktoré sa pri súčasnej technologickej úrovni nedajú vyriešiť. Najskôr je potrebné vytvoriť obrovskú a spoľahlivú pascu na vodík, ktorá generuje magnetické polia s obrovskou silou. Zároveň by mala zabezpečiť minimálne straty a efektívny transport vodíka do fúzneho reaktora. Samotný proces termonukleárnej reakcie premeny štyroch atómov vodíka na atóm hélia, ktorý navrhol Bassard, prináša veľa otázok. Faktom je, že túto najjednoduchšiu reakciu je ťažké uskutočniť v jednorazovom reaktore, pretože prebieha príliš pomaly a je v zásade možná iba vo vnútri hviezd.

Pokrok v štúdiu termonukleárnej fúzie však dáva nádej, že problém je možné vyriešiť napríklad použitím „exotických“ izotopov a antihmoty ako katalyzátora reakcie.

Zatiaľ je výskum motora Bassard čisto teoretický. Vyžadujú sa výpočty založené na skutočných technológiách. Najskôr je potrebné vyvinúť motor schopný produkovať energiu dostatočnú na napájanie magnetického lapača a udržiavať termonukleárnu reakciu, produkovať antihmotu a prekonať odpor medzihviezdneho média, čo spomalí obrovskú elektromagnetickú „plachtu“.

Antihmota na pomoc

Môže to znieť čudne, ale dnes má ľudstvo bližšie k vytvoreniu motora poháňaného antihmotou ako k intuitívnemu a na prvý pohľad jednoduchému ramjetovému motoru Bassard.

Sonda Hbar Technologies bude mať tenkú plachtu z uhlíkových vlákien pokrytú uránom 238. Keď sa dostane do plachty, antihydrogén vyhladí a vytvorí prúd trysky.

V dôsledku anihilácie vodíka a antihydrogénu vzniká silný tok fotónov, ktorého výstupný výkon dosahuje maximum pre raketový motor, t.j. rýchlosť svetla. Toto je ideálna metrika na dosiahnutie veľmi vysokej rýchlosti blízkej osvetlenosti kozmickej lode s fotónovým pohonom. Bohužiaľ je veľmi ťažké použiť antihmotu ako palivo pre rakety, pretože počas zničenia dôjde k výbuchom silného gama žiarenia, ktoré zabije astronautov. Aj keď neexistujú technológie na uskladnenie veľkého množstva antihmoty, samotná skutočnosť hromadenia ton antihmoty, dokonca aj vo vesmíre ďaleko od Zeme, predstavuje vážnu hrozbu, pretože anihilácia čo i len jedného kilogramu antihmoty je ekvivalentná. k jadrovému výbuchu s kapacitou 43 megaton (výbuch takejto sily môže spôsobiť tretinu územia USA). Cena antihmoty je ďalším faktorom komplikujúcim medzihviezdny let na fotón. Moderné technológie na výrobu antihmoty umožňujú vyrobiť jeden gram antihydrogénu za cenu desať biliónov dolárov.

Veľké projekty v štúdiu antihmoty však prinášajú ovocie. V súčasnosti sú vytvorené špeciálne sklady pozitrónu, „magnetické fľaše“, čo sú nádoby chladené tekutým héliom so stenami z magnetických polí. V júni tohto roku sa vedcom CERN-u podarilo uložiť atómy antihydrogénu na 2 000 sekúnd. Na Kalifornskej univerzite (USA) sa buduje najväčšie úložisko antihmoty na svete, v ktorom je možné uložiť viac ako bilión pozitrónov. Jedným z cieľov vedcov na Kalifornskej univerzite je vytvoriť prenosné kontajnery na antihmotu, ktoré sa dajú použiť na vedecké účely aj mimo veľkých urýchľovačov. Za projektom stojí Pentagón, ktorý sa zaujíma o vojenské aplikácie antihmoty, takže je nepravdepodobné, že by bola najväčšia skupina magnetických fliaš na svete podfinancovaná.

Moderné urýchľovače budú schopné produkovať jeden gram antihydrogénu za niekoľko sto rokov. Je to veľmi dlhá doba, takže jediným východiskom je vyvinúť novú technológiu na výrobu antihmoty alebo spojiť úsilie všetkých krajín našej planéty. Ale ani v tomto prípade, s modernou technológiou, nie je čo snívať o produkcii desiatok ton antihmoty pre medzihviezdny let s posádkou.

Všetko však nie je také smutné. Odborníci NASA vyvinuli niekoľko projektov kozmických lodí, ktoré by mohli ísť do hlbokého vesmíru iba s jedným mikrogramom antihmoty. NASA verí, že vylepšenie vybavenia umožní výrobu antiprotónov za cenu zhruba 5 miliárd dolárov za gram.

Americká spoločnosť Hbar Technologies s podporou NASA vyvíja koncept pre bezpilotné sondy poháňané antihydrogénovým motorom. Prvým cieľom tohto projektu je vytvorenie bezpilotnej kozmickej lode, ktorá by dokázala preletieť ku Kuiperovmu pásu na okraji slnečnej sústavy za menej ako 10 rokov. Dnes je nemožné lietať na také vzdialené body za 5 - 7 rokov, najmä sonda NASA New Horizons poletí Kuiperovým pásom 15 rokov po štarte.

Sonda pokrývajúca vzdialenosť 250 AU. za 10 rokov bude veľmi malý s užitočnou hmotnosťou iba 10 mg, ale bude potrebovať aj trochu antihydrogénu - 30 mg. Tevatron bude toto množstvo vyrábať za niekoľko desaťročí a vedci si mohli koncept nového motora vyskúšať počas skutočnej vesmírnej misie.

Predbežné výpočty tiež ukazujú, že je možné podobným spôsobom poslať malú sondu na Alpha Centauri. Na jednom grame antihydrogénu poletí k vzdialenej hviezde o 40 rokov.

Môže sa zdať, že všetko vyššie uvedené je fantázia a nemá nič spoločné s bezprostrednou budúcnosťou. Našťastie to tak nie je. Zatiaľ čo pozornosť verejnosti sa sústreďuje na svetové krízy, zlyhania popových hviezd a iné súčasné udalosti, iniciatívy zamerané na epochu zostávajú v tieni. Vesmírna agentúra NASA spustila ambiciózny projekt 100 Year Starship, ktorý spočíva v postupnom a dlhodobom vytváraní vedecko-technického základu pre medziplanetárne a medzihviezdne lety. Tento program nemá v histórii ľudstva obdoby a mal by prilákať vedcov, inžinierov a nadšencov iných profesií z celého sveta. Od 30. septembra do 2. októbra 2011 sa v Orlande na Floride uskutoční sympózium, na ktorom sa bude diskutovať rôzne technológie vesmírny let. Na základe výsledkov takýchto udalostí vypracujú špecialisti NASA obchodný plán na pomoc určitým priemyselným odvetviam a spoločnostiam, ktoré vyvíjajú technológie, ktoré stále chýbajú, ale sú potrebné pre budúce medzihviezdne cestovanie. Ak bude ambiciózny program NASA zavŕšený úspechom, za 100 rokov bude ľudstvo schopné postaviť medzihviezdnu loď a my sa budeme pohybovať po slnečnej sústave rovnako ľahko, ako dnes lietame z pevniny na pevninu.

Náš čitateľ Nikita Ageev sa pýta: aký je hlavný problém medzihviezdneho cestovania? Odpoveď bude tiež vyžadovať dlhý článok, aj keď na ňu možno odpovedať jediným symbolom: c .

Rýchlosť svetla vo vákuu, c, je približne tristotisíc kilometrov za sekundu a nemožno ju prekročiť. Z toho vyplýva, že je nemožné dosiahnuť hviezdy rýchlejšie ako za niekoľko rokov (svetlo cestuje do oblasti Proxima Centauri 4 243 rokov, takže kozmická loď nemôže doraziť ešte rýchlejšie). Ak k tomu pripočítate čas na zrýchlenie a spomalenie s viac alebo menej prijateľným zrýchlením pre človeka, dostanete asi desať rokov k najbližšej hviezde.

V akých podmienkach by ste mali lietať?

A toto obdobie je už samo o sebe významnou prekážkou, aj keď ignorujeme otázku „ako zrýchliť na rýchlosť blízku rýchlosti svetla“. Teraz neexistujú žiadne kozmické lode, ktoré by posádke umožňovali autonómne žiť vo vesmíre tak dlho - astronauti neustále prinášajú zo Zeme čerstvé zásoby. Konverzácia o problémoch medzihviezdneho cestovania sa zvyčajne začína zásadnejšími otázkami, začneme však čisto aplikovanými problémami.

Ani pol storočia po Gagarinovom lete nedokázali inžinieri vytvoriť práčku a dostatočne praktickú sprchu pre vesmírne lode a toalety určené pre podmienky nulovej gravitácie sa na ISS kazia so závideniahodnou pravidelnosťou. Let minimálne na Mars (22 svetelných minút namiesto 4 svetelných rokov) už predstavuje pre inštalatérskych návrhárov netriviálnu úlohu: na cestu k hviezdam teda budete musieť vynaložiť aspoň vesmírnu toaletu s dvadsaťročnou zárukou a rovnaký práčka.

Voda na umývanie, umývanie a pitie bude tiež musieť byť zobratá alebo znovu použitá. Rovnako ako vzduch, tak aj potraviny sa musia na palube buď skladovať, alebo pestovať. Experimenty na vytvorenie uzavretého ekosystému na Zemi už boli vykonané, ale ich podmienky boli stále veľmi odlišné od kozmických, prinajmenšom za prítomnosti gravitácie. Ľudstvo vie, ako premeniť obsah komorového hrnca na čistú pitnú vodu, ale v takom prípade sa vyžaduje, aby to bolo možné robiť s nulovou gravitáciou, s absolútnou spoľahlivosťou a bez nákladného auta: je príliš drahé vziať si nákladné auto s filtračnými vložkami ku hviezdam.

Pranie ponožiek a ochrana pred črevnými infekciami sa môžu javiť ako príliš malicherné „nefyzické“ obmedzenia medzihviezdneho cestovania - každý ostrieľaný cestovateľ však osvedčí, že „maličkosti“ ako nepríjemná obuv alebo podráždený žalúdok z neznámeho jedla na autonómnej expedícii môžu byť život ohrozujúce.

Riešenie aj elementárne každodenné problémy si vyžaduje rovnako vážnu technologickú základňu ako vývoj zásadne nových vesmírnych motorov. Ak je na Zemi opotrebované tesnenie v toaletnej nádrži možné kúpiť v najbližšom obchode za dva ruble, potom už na marťanskej lodi musíte zabezpečiť buď prísun zo všetkých podobné diely, alebo trojrozmerná tlačiareň na výrobu náhradných dielov z univerzálnych plastových surovín.

V americkom námorníctve v roku 2013 vážne zaoberajúca sa 3D tlačou potom, čo odhadli čas a peniaze vynaložené na opravu vojenskej techniky tradičnými metódami v teréne. Armáda rozhodla, že vytlačiť nejaké vzácne tesnenie pre zostavu vrtuľníka, ktorá bola prerušená pred desiatimi rokmi, je jednoduchšie ako objednať si časť zo skladu na inej pevnine.

Jeden z Korolevových najbližších spolupracovníkov Boris Chertok vo svojich pamätiach „Rakety a ľudia“ napísal, že v určitom okamihu čelil sovietsky vesmírny program nedostatku kontaktov. Spoľahlivé konektory pre viacžilové káble sa museli vyvíjať osobitne.

Okrem náhradných dielov na vybavenie, jedlo, vodu a vzduch budú astronauti potrebovať energiu. Motor a palubné zariadenie budú potrebovať energiu, takže problém s výkonným a spoľahlivým zdrojom energie bude potrebné vyriešiť osobitne. Solárne batérie sú nevhodné, už len kvôli vzdialenosti od svetiel za letu, rádioizotopové generátory (napájajú Voyagers a New Horizons) neposkytujú energiu potrebnú pre veľkú kozmickú loď s posádkou a stále sa nenaučili, ako rozvinuté jadrové reaktory pre vesmír.

Sovietsky program na vytváranie satelitov s jadrovou elektrárňou bol zatienený medzinárodným škandálom po páde prístroja Kosmos-954 v Kanade, ako aj množstvom zlyhaní s menej dramatickými následkami; podobné práce v USA boli obmedzené ešte skôr. Teraz Rosatom a Roskosmos zamýšľajú vytvoriť vesmírnu jadrovú elektráreň, ale stále ide o zariadenia na krátke lety, a nie o dlhodobú cestu k inému hviezdnemu systému.

Možno sa namiesto atómového reaktora budú v budúcich medzihviezdnych lodiach používať tokamaky. O tom, aké ťažké je minimálne správne určiť parametre termonukleárnej plazmy na moskovskom fyzikálnom a technologickom ústave toto leto. Mimochodom, projekt ITER na Zemi úspešne napreduje: aj tí, ktorí vstúpili do prvého ročníka, majú dnes všetky šance zapojiť sa do práce na prvom experimentálnom termonukleárnom reaktore s pozitívnou energetickou bilanciou.

Na čom letieť?

Klasické raketové motory nie sú vhodné na akceleráciu a spomalenie medzihviezdnej lode. Tí, ktorí sú oboznámení s kurzom mechaniky vyučovaným na MIPT v prvom semestri, si môžu samostatne vypočítať, koľko paliva bude raketa potrebovať, aby získala najmenej stotisíc kilometrov za sekundu. Pre tých, ktorí ešte nie sú oboznámení s Tsiolkovského rovnicou, okamžite oznámime výsledok - hmotnosť palivových nádrží sa ukázala byť výrazne vyššia ako hmotnosť slnečnej sústavy.

Prívod paliva možno znížiť zvýšením rýchlosti, pri ktorej motor vypudzuje pracovnú tekutinu, plyn, plazmu alebo niečo iné, až po lúč elementárnych častíc. V súčasnosti sa plazmové a iónové motory aktívne používajú na lety automatických medziplanetárnych staníc v slnečnej sústave alebo na korekciu obežnej dráhy geostacionárnych satelitov, majú však množstvo ďalších nevýhod. Najmä všetky tieto motory majú príliš malý ťah, nemôžu ešte poskytnúť lodi zrýchlenie niekoľko metrov za sekundu na druhú.

Prorektor MIPT Oleg Gorshkov je jedným z uznávaných odborníkov v oblasti plazmových motorov. Motory série SPD sa vyrábajú v kancelárii Fakel Design Bureau; jedná sa o sériové produkty na korekciu obežnej dráhy komunikačných satelitov.

V 50. rokoch bola vyvinutá konštrukcia motora, ktorá používala impulzy jadrový výbuch(Projekt Orion), ale to zďaleka nie je hotové riešenie pre medzihviezdne lety. Ešte menej rozvinutá je konštrukcia motora, ktorá využíva magnetohydrodynamický efekt, to znamená, že akceleruje v dôsledku interakcie s medzihviezdnou plazmou. Sonda by teoreticky mohla „nasať“ plazmu dovnútra a odhodiť ju späť, aby vytvorila tryskový ťah, ale potom nastane ďalší problém.

Ako prežiť?

Medzihviezdna plazma sú predovšetkým protóny a jadrá hélia, ak vezmeme do úvahy ťažké častice. Pri pohybe rýchlosťou rádovo stotisíc kilometrov za sekundu získavajú všetky tieto častice energiu v megaelektronvoltoch alebo dokonca v desiatkach megaelektronvoltov - v rovnakom množstve ako produkty jadrových reakcií. Hustota medzihviezdneho média je asi stotisíc iónov na meter kubický, čo znamená, že za sekundu meter štvorcový pokožka lode dostane asi 10 13 protónov s energiami desiatok MeV.

Jeden elektrónvolt, eV,― to je energia, ktorú elektrón získa pri lete z jednej elektródy na druhú s potenciálnym rozdielom jedného voltu. Svetelné kvantá majú takúto energiu a ultrafialové kvantá s vyššou energiou sú už schopné poškodiť molekuly DNA. Žiarenie alebo častice s energiou v megaelektronvoltoch sprevádzajú jadrové reakcie a navyše je sám schopný ich spôsobiť.

Takéto ožarovanie zodpovedá absorbovanej energii (za predpokladu, že všetka energia je absorbovaná pokožkou) v desiatkach joulov. Táto energia navyše nepríde iba vo forme tepla, ale môže čiastočne viesť k iniciovaniu jadrových reakcií v materiáli lode za vzniku krátkodobých izotopov: inými slovami, pokožka sa stane rádioaktívnou.

Niektoré z dopadajúcich protónov a jadier hélia môžu byť odklonené nabok magnetickým poľom a zložitý obal mnohých vrstiev je možné chrániť pred indukovaným a sekundárnym žiarením, tieto problémy však zatiaľ nemajú riešenie. Okrem toho sa základné ťažkosti, ako napríklad „ktorý materiál sa počas ožarovania najmenej zničí“, vo fáze údržby kozmickej lode za letu, premenia na konkrétne problémy - „ako odskrutkovať štyri skrutky o 25 v oddelení s pozadím päťdesiatich milisvertov na hodinu. “

Pripomeňme, že počas poslednej opravy Hubblovho teleskopu sa astronautom najskôr nepodarilo odskrutkovať štyri skrutky, ktoré zaisťovali jednu z kamier. Po konzultácii so Zemou vymenili kľúč s obmedzením krútiaceho momentu za bežný a použili hrubo fyzická sila... Skrutky boli uvoľnené, fotoaparát bol úspešne vymenený. Keby bola svorka odtrhnutá súčasne, stála by druhá výprava pol miliardy amerických dolárov. Alebo by sa vôbec neuskutočnili.

Existujú nejaké riešenia?

V sci-fi (často fantastickejšej ako sci-fi) sa medzihviezdne cestovanie uskutočňuje cez „podpriestorové tunely“. Formálne Einsteinove rovnice popisujúce geometriu časopriestoru v závislosti od hmotnosti a energie distribuovanej v tomto časopriestore skutočne umožňujú niečo podobné - iba odhadované náklady na energiu sú ešte depresívnejšie ako odhady množstva raketového paliva na let do Proxima Centauri. Je potrebné nielen veľa energie, ale aj energetická hustota musí byť negatívna.

Otázka, či je možné vytvoriť stabilnú, veľkú a energeticky možnú „červiu dieru“, sa viaže k zásadným otázkam o štruktúre vesmíru ako celku. Jedným z nevyriešených fyzikálnych problémov je absencia gravitácie v takzvanom Štandardnom modeli - teórii, ktorá popisuje správanie elementárnych častíc a tri zo štyroch základných fyzikálnych interakcií. Drvivá väčšina fyzikov je skôr skeptická voči skutočnosti, že v kvantová teória gravitácia nájde miesto pre medzihviezdne „skoky cez hyperpriestor“, ale, prísne vzaté, nikto nezakazuje pokúsiť sa nájsť riešenie pre lety k hviezdam.

11.06.2010 00:10

Americká kozmická loď Dawn bola nedávno nainštalovaná nový záznam zrýchlenie - 25,5 tisíc km / h, pred svojím hlavným konkurentom - sondou Deep Space 1. Tento úspech sa dosiahol vďaka super výkonnému iónovému motoru nainštalovanému na prístroji. Podľa odborníkov však NASA, to zďaleka nie je na hranici svojich možností.

Rýchlosť americkej kozmickej lode Dawn dosiahla 5. júna rekordné maximum - 25,5 tisíc km / h. Podľa vedcov však v blízkej budúcnosti rýchlosť lode dosiahne 100-tisíc km / h.

Vďaka svojmu jedinečnému motoru teda Dawn obišiel svojho predchodcu, sondu Deep Space 1, experimentálnu robotickú kozmickú loď vyštartovanú 24. októbra 1998 posilňovačom. Je pravda, že Deep Space 1 si stále zachováva názov stanice, ktorej motory pracovali najdlhšie. Dawn ale môže predbehnúť „konkurenta“ v tejto kategórii už v auguste.

Hlavnou úlohou kozmickej lode, ktorá bola uvedená na trh pred tromi rokmi, je štúdium asteroidu 4 Vesta, ku ktorému sa kozmická loď priblíži v roku 2011, a trpasličia planéta Ceres. Vedci dúfajú, že získajú čo najpresnejšie údaje o tvare, veľkosti, hmotnosti, minerálnom a elementárnom zložení týchto objektov nachádzajúcich sa medzi dráhami Jupitera a Marsu. Celková vzdialenosť, ktorú má sonda Dawn prekonať, je 4 miliardy 800 miliónov kilometrov.

Pretože vo vesmíre nie je žiadny vzduch, po zrýchlení sa loď pokračuje v pohybe získanou rýchlosťou. Na Zemi to nie je možné kvôli spomaleniu trenia. Použitie iónových trysiek v bezvzduchovom priestore umožnilo vedcom uskutočniť proces postupného zvyšovania rýchlosti kozmickej lode Dawn čo najefektívnejšie.

Princípom činnosti inovatívneho motora je ionizácia plynu a jeho urýchlenie elektrostatickým poľom. V tomto prípade je vďaka vysokému pomeru náboja k hmotnosti možné dispergovať ióny na veľmi vysoké rýchlosti. Takto je možné v motore dosiahnuť veľmi veľký špecifický impulz, ktorý umožňuje výrazne znížiť spotrebu reaktívnej hmoty ionizovaného plynu (v porovnaní s chemickou reakciou), vyžaduje však veľkú spotrebu energie.

Tri motory Dawn nepracujú neustále, ale v určitých bodoch letu sa na krátky čas zapnú. Do dnešného dňa odpracovali celkovo 620 dní a použili viac ako 165 kilogramov xenónu. Jednoduché výpočty ukazujú, že rýchlosť sondy sa zvyšovala asi o 100 km / h každé štyri dni. Na konci osemročnej misie Dawn (aj keď odborníci nevylučujú jej predĺženie) bude celková prevádzková doba motora 2 000 dní - takmer 5,5 roka. Takéto ukazovatele sľubujú, že rýchlosť kozmickej lode dosiahne 38,6 tisíc km / h.

To sa môže javiť ako malá hodnota na pozadí minimálne prvej kozmickej rýchlosti, s ktorou sú vypustené umelé satelity Zem, ale pre medziplanetárne vozidlo bez akýchkoľvek vonkajších urýchľovačov, ktoré nevykonáva špeciálne manévre v gravitačnom poli planét, je takýto výsledok skutočne pozoruhodný.